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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Scheibenaufbau für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zur Bereitstellung eines erfindungsgemäßen Scheibenaufbaus.
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Bei Fahrtbeginn wird in der Regel ein Kraftfahrzeug von einem Fahrer auf eine für ihn angenehme Innenraumtemperatur gebracht. Dazu ist eine entsprechende Klimaanlage vorgesehen. Insbesondere bei hohen Außentemperaturen ist ein hoher Energieaufwand erforderlich, um ein im Innenraum bereits aufgeheiztes Kraftfahrzeug mittels einer aus einem elektrischen Energiespeicher mit Energie versorgten Klimaanlage abzukühlen. Im Falle eines rein elektrisch angetriebenen Fahrzeugs verringert dies die elektrische Reichweite des Kraftfahrzeugs und erfordert zudem relativ groß dimensionierte Klimaanlagen, um den Innenraum schnell abkühlen zu können.
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Eine Aufheizung oder auch eine Abkühlung von thermischen Massen im Kraftfahrzeug ist vergleichsweise groß. Zum einen ist das Luftvolumen im Innenraum des Kraftfahrzeugs groß, ferner sind Materialien wie I-Tafel, Sitze, Verkleidungen, bspw. der Türen, Lenkrad, Mitteltunnel oder Konsole in der Regel vergleichsweise große Wärmespeicher, so dass eine dauerhafte Abkühlung des Innenraums oder umgekehrt, eine entsprechende Aufheizung energieintensiv ist.
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Es ist nun eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit vorzusehen, die Innenraumtemperatur eines Kraftfahrzeugs ohne starke Verringerung der elektrischen Reichweite eines rein elektrisch angetriebenen Fahrzeugs für einen entsprechenden Fahrer wunschgemäß einstellen zu können.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2010 003 745 A1 ist ein Solardach bekannt, welches ein insbesondere verschiebbares Sichtelement mit elektrochromen Eigenschaften, einen zur Stromversorgung des elektrochromen Sichtelements vorgesehenen Solargenerator sowie eine Steuereinrichtung zur Einstellung einer Tönung des elektrochromen Sichtelements umfasst.
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Aus der Druckschrift
EP 1 310 823 ist ein Verfahren zum Herstellen eines lichtdurchlässigen Scheibenaufbaus für Fahrzeuge, insbesondere eines lichtdurchlässigen Deckels für Fahrzeugdächer bekannt, bei dem sich unter einer Außenscheibe ein mehrschichtiges elektrochromes Element zum Beeinflussen der Lichtdurchlässigkeit des Scheibenaufbaus befindet.
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Aus der Druckschrift
DE 103 29 643 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Deckels mit einer Glasscheibe für ein Fahrzeugdach bekannt. Dabei wird zuerst eine Kombinationsfolie mit einer Splitterschutzfolie und in die Kombinationsfolie integrierten elektrischen Funktionselementen hergestellt und anschließend wird die Kombinationsfolie auf die dem Fahrzeuginnenraum zugewandte Seite der Scheibe fest angebracht.
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Zur Lösung der voranstehend genannten Aufgabe, nämlich der Ermöglichung einer Einstellung einer für einen Fahrer angenehmen Innenraumtemperatur ohne starke Reduzierung der Reichweite im Falle eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs wird erfindungsgemäß ein Scheibenaufbau mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 18 bereitgestellt. Weitere Ausgestaltungen sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
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Erfindungsgemäß wird ein Scheibenaufbau für ein einen elektrischen Antrieb aufweisendes Kraftfahrzeug bereitgestellt. Der Scheibenaufbau umfasst mindestens eine Scheibe mit einem Sichtelement mit elektrochromen Eigenschaften, einen an dem Sichtelement vorgesehenen Stromanschluss zum Anschluss des elektrochromen Sichtelements an eine Stromversorgung und eine Steuereinheit zur Einstellung einer Tönung des elektrochromen Sichtelements. Der erfindungsgemäß vorgesehene Scheibenaufbau kann dabei für alle oder zumindest einen Teil der in einem Kraftfahrzeug vorzusehenden Scheiben eingesetzt werden.
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Schaltbare Verglasungen aus elektrochromen Materialien wurden bisher hauptsächlich in Bürogebäuden eingesetzt. Der Vorteil von einem elektrochromen Glas, auch als intelligentes Glas bezeichnet, besteht darin, dass sich der Bereich, im vorliegenden Fall der Sichtbereich, der aus elektrochromem Material besteht, durch ein Anlegen einer elektrischen Spannung bzw. einer Versorgung mit Strom verfärben und dadurch temporär Eigenschaften eines Sonnenschutzglases annehmen kann. Im Gegensatz zu einem Sonnenschutzglas ist jedoch der Sichtbereich mit elektrochromen Eigenschaften in seiner Tönung variabel und kann somit bedarfsgerecht eingestellt werden. Elektrochromes Glas nutzt die Eigenschaft von elektrochromen Materialien, einen Lichtdurchlass je nach angelegter Gleichspannung zu ändern. Durch das Anlegen einer geringen Spannung von bspw. 3 V wird bereits eine bläuliche Färbung erreicht. Bei einer Abgabe von elektrischer Ladung an eine mikroskopisch dünne elektrochrome Beschichtung, wie bspw. Wolframoxid oder Polyanilin, wird diese Beschichtung aktiviert und ändert dadurch ihre Farbe.
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In Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Scheibenaufbaus umfasst dieser ferner einen Solargenerator, der mit dem Sichtelement der mindestens einen Scheibe verbunden ist und dazu konfiguriert ist, das elektrochrome Sichtelement mit Strom zu versorgen.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass der Solargenerator eine Mehrzahl von Solarzellen umfasst, die vorzugsweise in einem Dachbereich des Kraftfahrzeugs anzuordnen sind.
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In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Scheibenaufbaus erstreckt sich das Sichtelement mit elektrochromen Eigenschaften über die Gesamtfläche der mindestens einen Scheibe mit Ausnahme der Bereiche der mindestens einen Scheibe, die dafür vorgesehen sind, die Scheibe in eine Aufnahmeeinheit, wie bspw. einen Fensterrahmen des Kraftfahrzeugs einzubringen und die dabei im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs von der Aufnahmeeinheit verdeckt sind. Es kann vorgesehen sein, dass der erfindungsgemäße Scheibenaufbau bei allen oder zumindest einem Teil der in einem Kraftfahrzeug vorgesehenen Scheiben verwendet wird.
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Durch das Vorsehen eines Solargenerators bzw. der damit bereitgestellten Solarzellen ergibt sich die Möglichkeit, das elektrochrome Sichtelement auch während einer Fahrt des jeweiligen Kraftfahrzeugs mit elektrischem Strom zu versorgen, um das Sichtelement entsprechend zu tönen.
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In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Scheibenaufbaus stellt die mindestens eine Scheibe mit dem elektrochromen Sichtelement eine Außenscheibe dar, die über einen Scheibenzwischenraum mit Abstandhalter mit einer Innenscheibe verbunden ist. Das bedeutet, dass der Scheibenaufbau eine Art Sandwich-Struktur aufweist. Der Scheibenzwischenraum ist dabei in der Regel mit Gas gefüllt. Nach außen hin ist der Zwischenraum mit einer Dichtung abgedichtet, entlang welcher der Scheibenaufbau in einen entsprechenden Rahmen, d. h. einen entsprechenden Fensterrahmen einzubringen ist. Zwischen Dichtung und Rahmen kann noch eine Vergussmasse vorgesehen sein, die den Scheibenaufbau weiter stabilisiert.
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In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Scheibenaufbaus ist die Innenscheibe aus Isolierglas gefertigt.
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Die Innenscheibe kann ferner eine Wärmebeschichtung aufweisen. In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Scheibenaufbaus ist das elektrochrome Sichtelement über den Stromanschluss und eine elektrische Zuleitung mit einer Stromquelle, insbesondere einem stationären Stromnetz zu verbinden. Durch eine Stromversorgung bzw. ein Anlegen einer elektrischen Spannung färbt sich das elektrochrome Sichtelement und reduziert so in dem Scheibenaufbau, d. h. im Bereich des Sichtelements, die Transmission von Sonnenlicht. Während die Transmission im sichtbaren Wellenlängenbereich im ungefärbten Sichtelement zwischen 60 und 80 Prozent liegt, sinkt sie bei Einfärbung bzw. Tönung des Sichtelements stark ab. Da beim Laden eines rein elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs an einem stationären Stromnetz ausreichend Energie verfügbar ist, ist zu diesem Zeitpunkt eine Stromversorgung des elektrochromen Sichtelements problemlos möglich. Hierbei kann insbesondere auch eine Steuerung abhängig von aktuell vorliegenden Außentemperaturen und/oder bestehender Verbindungen mit dem stationären Stromnetz vorgesehen sein. Somit steht bei einem Fahrtbeginn eines rein elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs trotz hoher Außentemperaturen bspw. bereits ein relativ temperierter Innenraum zur Verfügung. Dadurch wird nach einem Trennen der elektrischen Verbindung zwischen Kraftfahrzeug und stationärem Stromnetz weniger elektrische Energie zur Klimatisierung des Kraftfahrzeugs benötigt, was die elektrische Reichweite des Kraftfahrzeugs erhöht bzw. nicht aufgrund einer erforderlichen Versorgung der Klimaanlage stark reduziert.
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Bei einem Hybridfahrzeug, das einen elektrischen Energiespeicher aufweist, der durch eine Verbindung mit einem stationären Stromnetz aufgeladen werden kann, spricht man in der Regel von einem sogenannten Plug-in-Hybrid oder plug-in-hybrid-elektrischen Fahrzeug. Der erfindungsgemäße Scheibenaufbau kann hier aufgrund der zur Verfügung stehenden Möglichkeit, das Fahrzeug an ein stationäres Stromnetz anzukoppeln, effizient eingesetzt werden. Während der Energiespeicher des Fahrzeugs am stationären Stromnetz aufgeladen wird, kann auch das elektrochrome Sichtelement des Scheibenaufbaus über den Stromanschluss und eine Stromzuleitung an das stationäre Stromnetz angeschlossen und dadurch in geeigneter Weise gefärbt werden. Gleiches gilt auch für ein Elektrofahrzeug, das über einen Energiespeicher verfügt, der über ein stationäres Stromnetz aufladbar ist.
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In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Scheibenaufbaus lässt sich das elektrochrome Sichtelement mittels der vorgesehenen Steuereinheit auf verschiedene Sichttransmissionsstufen einstellen.
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Um die elektrochromen Eigenschaften zu realisieren ist in weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Scheibenaufbaus an dem elektrochromen Sichtelement eine elektrochrome Lichtfilterfolie angebracht.
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Alternativ dazu kann das elektrochrome Sichtelement auch als elektrochrome Glas- oder Kunststoffscheibe ausgebildet sein.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Scheibenaufbaus umfasst der Scheibenaufbau ferner einen Lichtsensor, der dazu ausgelegt ist, eine auf das Sichtelement auftreffende Lichtintensität zu erfassen und diese als entsprechendes Signal an die Steuereinheit weiterzuleiten, worüber die Tönung des elektrochromen Sichtelements automatisch regelbar ist. Das bedeutet, dass im Falle, dass der Scheibenaufbau bzw. das Sichtelement an eine Stromversorgungsquelle angeschlossen ist, die Steuereinheit mittels des Lichtsensors regeln kann, wie die Tönung des elektrochromen Sichtelements einzustellen ist. Bei Einstellung der Tönung ist zu bedenken, dass die Scheiben noch ausreichend lichtdurchlässig sein müssen, um insbesondere für einen Fahrer die Sichtverhältnisse nicht zum Nachteil seines Fahrvermögens zu ändern.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb und einem erfindungsgemäßen Scheibenaufbau.
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In Ausgestaltung ist das Kraftfahrzeug als Hybridfahrzeug ausgebildet. In weiterer Ausgestaltung ist das Kraftfahrzeug als Elektrofahrzeug, d. h. als rein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug ausgebildet.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs umfasst dieses eine Stromzuleitung, um den Stromanschluss des elektrochromen Sichtelements an eine Stromquelle, insbesondere eine externe Stromquelle, insbesondere an ein stationäres Stromnetz, anschließen zu können.
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Weiterhin ist es möglich, dass das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug eine mit der Steuereinheit gekoppelte Bedieneinheit zur Ansteuerung der Steuereinheit durch eine Bedienperson, insbesondere einen Fahrer des Kraftfahrzeugs, umfasst.
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Die Bedieneinheit kann dabei eine Umschalteinheit umfassen, mit deren Hilfe zwischen einem ersten Betriebsmodus, in dem die Tönung des elektrochromen Sichtelements manuell durch eine Bedienperson einstellbar ist, und einem zweiten Betriebsmodus, in dem die Tönung mittels des Lichtsensors automatisch regelbar ist, umgeschaltet werden kann.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Bereitstellen eines erfindungsgemäßen Scheibenaufbaus.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines erfindungsgemäßen Scheibenaufbaus in einem Hybridfahrzeug oder einem rein elektrisch angetriebenen Fahrzeug.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.
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1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Scheibenaufbaus.
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2 zeigt in schematischer Darstellung eine Lichtdurchlässigkeit verschiedener Tönungen eines elektrochromen Materials, wie es in einem erfindungsgemäßen Scheibenaufbau eingesetzt werden kann, in Abhängigkeit von der Wellenlänge.
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In 1 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Scheibenaufbaus dargestellt.
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Der Scheibenaufbau 1 umfasst eine Außenscheibe 2 sowie eine Innenscheibe 3. Die Außenscheibe 2 ist eine Verbundglasscheibe mit einem Sichtelement mit elektrochromen Eigenschaften. Die Innenscheibe 2 ist aus einem Isolierglas hergestellt und/oder mit einer Wärmedämmbeschichtung versehen. Zwischen der Außenscheibe 2 und der Innenscheibe 3 ist ein Scheibenzwischenraum 4 vorgesehen. In dem Scheibenzwischenraum 4 befindet sich oben und unten jeweils ein Abstandhalter 5. Der Scheibenzwischenraum 4 ist in der Regel mit einem Gas gefüllt. Der Scheibenzwischenraum ist an den Seiten, die sich nicht an die Innen- oder Außenscheibe anschließen, oben und unten jeweils über eine Dichtung 6 nach außen abgedichtet. Oberhalb der jeweiligen Dichtung 6 und des jeweiligen Abstandhalters 5 und zwischen der Innenscheibe 3 und der Außenscheibe 2 ist jeweils eine Vergussmasse 7 eingelassen, die den Scheibenaufbau 1 als Ganzes stabilisiert. An der Außenscheibe 2 ist ferner ein Anschluss 8 vorgesehen, an welchem eine elektrische Zuleitung zu einer Stromversorgung vorzunehmen ist. Eine hier nicht dargestellte Steuereinheit ist ebenfalls an die Außenscheibe angekoppelt, um die Tönung der Außenscheibe steuern bzw. einstellen zu können. Das Sichtelement der Außenscheibe 2, welches elektrochrome Eigenschaften hat, erstreckt sich im vorliegenden Beispielfall über den Gesamtbereich der Außenscheibe. Es kann vorgesehen sein, dass sich das elektrochrome Sichtelement nur über den Bereich der Außenscheibe erstreckt, die nicht in einen hier nicht dargestellten Fensterrahmen einzulassen ist. Ferner kann noch eine Ankopplung an einen vorgesehenen Solargenerator vorgesehen sein, der die elektrochrome Außenscheibe 2 über Solarzellen, die sich vorzugsweise im Dachbereich des Kraftfahrzeugs befinden, mit Strom versorgen kann. Dadurch kann auch eine Stromversorgung während einer Fahrt des Kraftfahrzeugs gewährleistet werden, wenn keine Stromversorgung durch ein stationäres Stromnetz gewährleistet werden kann.
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2 zeigt eine Abhängigkeit einer Lichttransmission in Prozent von einer Wellenlänge in Nanometer eines elektrochromen Materials in einem ge- und entfärbten und einem dazwischenliegenden Zustand. Auf einer Ordinate 20 ist die Wellenlänge in Nanometer für einen Bereich zwischen 280 nm und 2500 nm aufgetragen. Auf einer Ordinate 21 ist eine Transmission in Prozent aufgetragen. Der Kurvenverlauf 22 zeigt eine Lichtdurchlässigkeit bzw. Transmission des nicht gefärbten elektrochromen Materials, der Kurvenverlauf 23 eine Lichtdurchlässigkeit des während 60 s eingefärbten elektrochromen Materials und der Kurvenverlauf 24 die Lichtdurchlässigkeit des vollständig gefärbten elektrochromen Materials. Es zeigt sich, dass das elektrochrome Material bzw. Glas in allen gezeigten Zuständen im UV-Bereich, d. h. unterhalb von 290 nm lichtundurchlässig ist. Im Bereich oberhalb 750 nm, d. h. im Infrarotbereich, sind die leicht oder vollständig gefärbten Gläser, d. h. wie durch die Kurven 23 und 24 erkennbar, ebenfalls weitestgehend lichtundurchlässig. Das nicht gefärbte bzw. entfärbte Glas zeigt hier bis zu einem Bereich von 2000 nm eine Lichtdurchlässigkeit, was bedeutet, dass gerade Infrarotstrahlung in das Fahrzeuginnere gelangen kann und damit das Fahrzeug aufwärmen kann. Es zeigt sich dadurch, dass selbst durch eine leichte Tönung einer Scheibe, die in einem Kraftfahrzeug vorzusehen ist, ein Lichteindringen, insbesondere von infrarotem Licht, stark reduziert werden kann, so dass sich aufgrund des Lichteinfalls der Innenraum des Kraftfahrzeugs nur wenig aufheizen kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010003745 A1 [0005]
- EP 1310823 [0006]
- DE 10329643 A1 [0007]
